mutazioni puntiformi

Vincenzo Nigro

Dipartimento di Patologia GeneraleSeconda Università degli Studi di Napoli

Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

Malattie genetiche da mutazione in 1 allele

Le mutazioni monoalleliche possono causare disordini a trasmissione dominante o recessiva legata all’X negli uomini

• Se la malattia a trasmissione dominante è grave in età fertile e pertanto limita o annulla la capacità riproduttiva (bassa fitness), le mutazioni monoalleliche sono nuove e spesso distribuite in modo casuale

• Se la malattia dominante non è grave in età fertile e non limita in alcun modo la capacità riproduttiva (normale fitness), le mutazioni monoalleliche sono ereditate da un genitore e spesso si tramandano da molte generazioni

• Se la malattia è recessiva legata all’X ed è letale ha una vita media di tre generazioni, perché le donne trasmettono gli alleli mutati in eterozigosi e gli uomini li eliminano

eredità autosomica dominante a penetranza completa(malattia che non modifica la fitness)

Cos’è una mutazione causativa?

Una variazione della sequenza del DNA ….

• ..che è trovata solo negli individui affetti

• ..che non è mai ritrovata in quelli non affetti

• ..che spiega il processo patologico

• ..che, quando corretta per tempo, fa recuperare un fenotipo normale

….che è trovata solo negli individui affetti..che non è mai ritrovata in quelli non affetti

penetranza incompleta

che è ritrovata più frequentemente negli individui affetti rispetto ai non affetti…

sostituzioni

• le sostituzioni sono indicate dal carattere “>”. Ad esempio, 76A>C indica che in posizione 76 un’adenina è sostituita da una citosina

88+1G>T (oppure IVS2+1G>T) indica che una guanina è sostituita da una timina in posizione +1 dell’introne 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e 89 del cDNA

89-2A>C (oppure IVS2-2A>C) indica che un’adenina è sostituita da una citosina in posizione -2 dell’introne 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e 89 del cDNA

Numerazione dei nucleotidi

Nucleotidi del cDNA

• Il nucleotide +1 è la A dell’ ATG-codone di inizio della traduzione• Il nucleotide che precede al 5' l’ATG-codone di inizio della traduzione è denominato -1; non esiste una base 0• Il nucleotide che segue al 3' il codone di terminazione è denominato *1

mutazionimutazioni teoricamenteteoricamenteprevistepreviste

SEA 3057

trasversioni

T>C, C>T, G>A, A>G

T>A o G , C>G or AG>T o C , A>T or G

transizioni

SNPsSNPs

12,000,00046,000

transizioni transizioni

trasversioni trasversioni

NH2

N

N

NH2

N

N

N

NH

O O

H3C H3C

Cytosine 5-methylcytosine Thymine

metilazionemetilazione deaminazionedeaminazione O

O

CG TGCG CA

Il meccanismo più comune di mutazione

mutazioni puntiformi missenso

• Le mutazioni missenso sono quelle in cui il cambiamento determina nel prodotto proteico la sostituzione di un aminoacido con un aminoacido differente

• Sebbene queste alterazioni generalmente non provochino conseguenze nella funzionalità della proteina (polimorfismi o varianti) , ci sono casi in cui anche una minima alterazione può avere conseguenze gravi

acrocefalosindattiliasindrome di Apert

•1:65.000 alla nascita

•craniosinostosi, volta cranica a forma conica

•ipertensione endocranica

•ritardo mentale

•ipoplasia della parte centrale della faccia

•sindattilia delle dita delle mani e dei piedi

•sordità e atrofia ottica

acrocefalosindattiliasindrome di Apert

• tutti i pazienti hanno la stessa mutazione Apert

(Cys755Gly) del gene human fibroblast growth factor

receptor 2 (FGFR2)

• la mutazione è in eterozigosi

• de novo

• cromosoma 10q26

• la sindrome è allelica con Crouzon e Pfeiffer

sindrome di Pfeiffer

• alcuni pazienti hanno la mutazione Pfeiffer (Cys342Arg) del gene

human fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2)

• altri la mutazione Pro252Arg in FGFR1

• la mutazione è in eterozigosi

• de novo

• cromosoma 10q26

• la sindrome è allelica con Crouzon e Apert

disostosi cranio faccialesindrome di Crouzon

• alcuni pazienti hanno la mutazione (Cys342Tyr) del gene

human fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2)

• la mutazione è in eterozigosi

• de novo

• cromosoma 10q26

• la sindrome è allelica con Pfeiffer e Apert con alcune

mutazioni in comune

acondroplasia

• nanismo dismorfico (1:35.000) • arti corti e testa sproporzionatamente più grossa• fronte prominente e naso appiattito• altezza media 130 cm nei maschi 125 cm nelle

femmine• La mutazione è in eterozigosi• Gly380Arg nel recettore 3 del "fibroblast growth

factor" (FGFR3) a 4p16.3 • autosomico dominante a penetranza completa

acondroplasia

• La mutazione conferisce una funzione aumentata al recettore dell'FGF (allele ipermorfo) che è una tirosin-chinasi di membrana

• In risposta all'FGF il recettore dimerizza e si fosforila trasducendo un segnale con la funzione di rallentare la proliferazione dei condrociti e quindi la crescita ossea

• Topi senza il gene FGF3R hanno ossa lunghe e vertebre allungate

frequenza relativa di mutazioni de novo

che causano acondroplasia i rapporto all’età paterna

numero di divisioni nelle linea germinale maschile

ipocondroplasia

•L'ipocondroplasia ha caratteristiche simili all'acondroplasia, ma di gravità minore con un coinvolgimento craniofacciale inferiore. L'altezza può risultare ai limiti della norma e la malattia viene spesso non diagnosticata.

•L'ipocondroplasia è meno omogenea: circa il 70% dei casi è dovuto alla sostituzione N540K del gene FGFR3, mentre non si conosce la mutazione nel restante 30%.

mutazioni puntiformi nonsenso

• La mutazione nonsenso è quella in cui la modificazione nucleotidica provoca la creazione di un tripletta di stop, che blocca la sintesi della proteina prematuramente.

• In questo caso, la funzionalità della proteina dipenderà dalla posizione dello stop.

0

100

200

300

400

Phe F

Leu L

Ile I

Met

M

Val V

Ser

S

Pro

P

Thr

T

Ala

A

Tyr

Y

His

H

Gln

Q

Asn

N

Lys

K

Asp

D

Glu

E

Cys

C

Trp

W

Arg

R

Gly

G

Num

bers

nor

mal

ised

to

1,00

0

5082 Codons in 5 chrX genes 2446 Mutations in 5 chrX genes

Mutazioni dei codoni umani (mutazioni independenti nei geni F8, F9, L1CAM, OTC, BTK)

16%

69%

15% 16%

69%

15%

mutazioni nonsenso

SEA 3063

UGA

UAA UAG

Su 731 Su 731 mutazioni independentimutazioni independenti

in 9 patologie del cromosoma Xin 9 patologie del cromosoma X

mutazioni frame-shift

• Le mutazioni frame-shift o di slittamento del modulo di lettura consistono nell’inserzione o delezione di un numero di nucleotidi non divisibile per 3 (1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, ecc.)  con conseguente sfasamento della cornice di lettura delle triplette dell'RNA messaggero.

• Questa mutazione determina la traduzione non corretta della proteina a valle della mutazione.

mutazioni eterozigoti di PAX3Waardenburg

mutazioni eterozigoti di PAX3Waardenburg

• sordità (o deficit uditivo di vario livello) bilaterale, • modifiche nella pigmentazione, sia dei capelli (albinismo

parziale, in genere piebaldismo) che della pelle, • anomalie nello sviluppo dei tessuti derivati dalla cresta

neurale• lateralizzazione del canto mediale • diverso colore degli occhi (eterocromia), di solito uno

marrone e l'altro blu

Motivi classici di splicing

Splicing AbnormalitiesSplicing Abnormalities

exonexon exonexon exonexon

IVSIVS IVSIVS

5’ss5’ss 5’ss5’ss 3’ss3’ss3’ss3’ssNormalNormal

5’ss mutation; exon skipping5’ss mutation; exon skipping

3’ss mutation; exon skipping3’ss mutation; exon skipping

5’ss mutation; use of cryptic 5’ss5’ss mutation; use of cryptic 5’ss

3’ss mutation; use of cryptic 3’ss3’ss mutation; use of cryptic 3’ss

Activation of cryptic 5’ssActivation of cryptic 5’ss

Activation of cryptic 5’ss and use of cryptic 3’ssActivation of cryptic 5’ss and use of cryptic 3’ss

Splicing enhancer mutationSplicing enhancer mutation

Lariat structure branchpoint mutationLariat structure branchpoint mutation

ProgeriaHutchinson-Gilford

• invecchiamento precoce

• bassa statura, pelle rugosa

• calvizie, assenza di tessuto adiposo

• aterosclerosi ed infarto

ProgeriaHutchinson-Gilford

• nuova mutazione in eterozigosi del gene lamina A

• la mutazione è in eterozigosi

• de novo

• cromosoma 1q23

• La mutazione non cambia l'aminoacido glicina G608G,

ma introduce un sito donor di splicing GGT che fa

perdere 50 aminoacidi alla proteina

• sperimentazione con inibitori di farnesil-trasferasi

Malattie genetiche da mutazione in 2 alleli

Le mutazioni bialleliche possono causare disordini a trasmissione autosomica recessiva

• Se la malattia a trasmissione recessiva è grave in età fertile e limita o annulla la capacità riproduttiva (bassa fitness), le mutazioni non si estinguono comunque perché i portatori sani sono 10-10.000 volte più numerosi degli affetti

• Le mutazioni in genere si trasmettono da 100-1000 generazioni, mentre le nuove mutazioni sono rare

• Solo se la malattia è biallelica le mutazioni hanno una firma etnica che caratterizza una località di origine e un fondatore comune eterozigote sano

Malattie da 2 alleli

• L’alto numero di portatori è un fattore di rischio per l’eterozigosi composta (due mutazioni differente nei due alleli). Questo potrebbe essere causato da una fitness migliore degli eterozigoti nei confronti di un fattore negativo vedi A

• La consanguineità è un fattore di rischio per l’omozigosità (due alleli identici) anche se la mutazione è rarissima vedi B